洪水调节设计模板-带试算c语言程序

一、 设计目的

1. 洪水调节目的：定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库

水位的变化、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；

2. 掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点； 3. 了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；培养学生分析问题、解决

问题的能力。

二、 设计基本资料

1. 某水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益，电站

装机为5000KW，年发电量1372×104 kw·h，水库库容亿m3。挡水建筑物为混凝土面板坝，最大坝高。溢洪道堰顶高程，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。水库正常蓄水位。电站发电引用流量为10 m3/s。 2. 本工程采用2孔溢洪道泄洪。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下

泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。

3. 上游防洪水位（注：X=+学号最后1位/10，即），下游无防汛要求。 三、 设计任务及步骤

分别对设计洪水标准、校核洪水标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。具体步骤：

1. 根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准； 2. 用列表试算法进行调洪演算：

① 根据已知水库水位容积关系曲线V～Z和泄洪建筑物方案，用水力学

公式求出下泄流量与库容关系曲线q～Z，并将V～Z，q～Z绘制在图上；

② 决定开始计算时刻和此时的q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对

每一时段的q2、V2进行试算；

③ 将计算结果绘成曲线：Q～t、q～t在一张图上，Z～t曲线绘制在下

方。

3. 用半图解法进行调洪计算：

① 绘制三条曲线：f1ZVq，f2ZVq，qfZ；

t2t2② 进行图解计算，将结果列成表格。 4. 比较分析试算法和半图解法调洪计算的成果。 四、 时间安排和要求

1. 设计时间为1周； 2. 成果要求：

① 设计说明书编写要求条理清楚、附图绘制标准；

② 列表试算法要求采用手工计算，熟悉过程后可编程计算，如采用编程

计算需提供程序清单及相应说明；

③ 设计成果请完成，如有雷同则二者皆取消成绩，另提交成果时抽

查质询。

五、 参考书

3. 《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000) 4. 《水利水能规划》 附录：

一、 堰顶溢流公式

qnbm2gH0 n——溢流孔孔口数；

3/2

式中：q——通过溢流孔口的下泄流量，m3/s；

b——溢流孔单孔净宽，m ； g——重力加速度，s2；

ε——闸墩侧收缩系数，与墩头形式有关，初步计算可假设为； m——流量系数，与堰顶形式有关，可查表，本工程取；

H0——堰顶水头，m。 二、

设计洪水过程

Q实测（m/s） 3时刻（h） 各频率Q（m/s） % 1% 35 196 524 2% 29 162 432 5% 20 121 357 30 1 2 136 312 50 296 680 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 349 960 1670 1290 919 3 402 324 294 2 234 204 191 177 1 150 137 123 110 102 97 90 1300 2000 2300 2100 1750 1180 5 817 709 606 9 477 440 414 385 351 320 286 257 240 226 212 727 1220 1390 1290 1190 853 7 483 437 398 348 294 283 263 245 224 204 183 171 1 144 135 602 1040 1130 1090 1010 706 505 400 362 326 2 251 230 219 204 187 170 152 142 127 119 111 524 739 806 775 698 1 387 327 270 243 216 195 176 162 151 139 125 113 106 96 83 三、 水位－库容曲线和库容表

库容表

高程（m） 库容（10m） 高程（m） 库容（10m） 4343450 0 510 460 18 515 470 520 480 525 490 530 500 535 6670 505 0 四、 工程分等分级规范和洪水标准

五、 调洪计算成果表

频 率 项 目 列表试算法 最大泄量（m/s） 水库最高水位（m） 半图解法 最大泄量（m/s） 水库最高水位（m） 33设计洪水 校核洪水 3s s m/s s 洪水调节演算过程

一、 洪水标准的确定

1. 工程等别的确定：由设计对象的基本资料可知，该水利枢纽工程以发电

为主，兼有防洪、供水、养殖等其他综合效益，电站装机为5000kW，水库库容。若仅由装机容量5000kW为指标，根据 “水利水电工程分等指标”，可将工程等别定为Ⅴ；若仅以水库总库容为指标，则可将工程等别定为Ⅲ。综合两种指标，取等级最高的Ⅲ等为工程最终等别。

2. 洪水标准的确定：该水利工程的挡水建筑物为混凝土面板坝，由已确定

的为Ⅲ等的工程等别，根据“山区，丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准”，可查得，该工程设计洪水标准为100~50年，校核标准为1000~500年，不妨取设计标准为100年，校核洪水标准为1000年。

二、 试算法洪水调节计算

qnbm2gH01. 计算并绘制水库的q=f(V)关系曲线：应用式

3/2，根据

不同水库水位计算H与q,再由H~V关系曲线查得V，并计算于下表，绘制q=f(V) 关系曲线图如下。

2.

10 11 12 13 14 15 16 17 18 324 294 2 234 204 191 177 1 150 817 709 606 9 477 440 414 385 351 483 437 398 348 294 283 263 245 224 400 362 326 2 251 230 219 204 187 327 270 243 216 195 176 162 151 139 19 20 21 22 23 24 3. 4.

137 123 110 102 97 90 320 286 257 240 226 212 204 183 171 1 144 135 170 152 142 127 119 111 125 113 106 96 83 水库q=f(V)关系曲线计算表 水位/m 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 0

堰顶水头/m q溢(m3/s) q电(m3/s) 总泄流量q 库容V/10^4m3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 1311 2013 2602 6670

5. 确定调洪的起始条件：起调水位也是防洪水位，Z=。相应库容×104m3。

在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。由公式：

qQnbm2gH010=29.816.2321.5

m3/s得调洪开始时的

下泄流量为 m3/s。所以在第一时段，以闸门控制入库流量等于下泄流量；以后时段闸门全开不再控制，下泄流量由试算计算。 6. 列表试算泄流量q，本过程采用C语言编程试算。

① 基本原理：根据水库容积曲线V=f（Z）和堰顶溢流公式q=f（H），得

出蓄泄方程q=f（V）。联立水量平衡方程

V2V1t(Q2Q1q2q1) 2qf(V)

可得q=f(V)=g（q），即q=g（q）。 ② 编程公式的主要过程

a) 已知的电站发电引用流量为10m3/s，结合堰顶溢流公式，得出下泄流

q=nbm2gH0+10。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（1） b) 水位高程Z与堰顶水头H的关系。基本材料可知溢洪道堰顶高程为519m则H=Z-519m；

c) 水库容积曲线V=f（Z）的近似化。根据该设计的蓄泄情况，水位高程

的变化范围在525m~535m之间，又由于水库容积曲线在水位高程属525m~535m之间的变化率较小，为方便计算，故可将其分段直线化以简化、近似计算。由水位—库容表V=f（Z）及上式H=Z519m，可得V=f（H），易算出H=g（V）

325593.9 = V3591.68 V4683.8，182.026670.0。 V3226.48 V5593.9，。。。。。。（2）

215.22联立（1）、（2）式得

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（3） q=nb m2gg（V）10。

d）将（3）式与水量平衡方程联立。

得 V2V1t(Q2Q1q2q1)

232。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（4） q=nb m2gg（V）10。

e）C语言程序源代码如下：

32#include<> #include<> void main() {

float V1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3, t=; printf(\"V1=\"); scanf(\"%f\ printf(\"Q1=\"); scanf(\"%f\ printf(\"Q2=\"); scanf(\"%f\ printf(\"q1=\"); scanf(\"%f\ printf(\"q2=\"); scanf(\"%f\ printf(\"\\n\\n\"); loop: {

V2=V1+ (Q1+Q2-q2-q1) * t/2;

if (V2>= && V2<= q3=(pow(/,)*+10;

else if (V2>= && V2<= q3=(pow(/,)*+10; }

if (fabs(q3-q2)> { q2=q3;

goto loop; }

printf(\"q2=%f\\n\ printf(\"V2=%f\\n\\n\\n\ }

7. 对设计洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。

① 将洪水过程表中P=1%的洪水过程线划分计算时段，初选时段

Δt=1h=3600填入下表第一栏，表中第二栏为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算的时段平均入库流量和时段入库水量分别填入第三栏和第四栏。泄流量的计算见第五，六，七栏。从表中第一，五栏可绘制下泄流量过程线。第一，十栏可绘制水位过程线；

② 为了枯水期能保证兴利部门的用水需求，当水位再次下降到调洪水位

时，又需要用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪水位不变。见第15时段q=f（V）的程序计算截图； ③ 绘制Q~t与q~t曲线，如图所示。最大下泄流量qmax = m3/s发生在

t=8h时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即为所求的最大下泄流量；

④ 推求设计调洪库容V设和设计洪水位Z设。qmax=对应的库容和水位分

别为万m3和，减去堰顶以下的库容万m3 即可得V设=万m3，Z设= m。

第2时段试算法程序计算截图

第时段试算法的程序计算截图

设计洪水调节计算表 时间 入库洪时段平均时段入下泄流量 q时段平均下泄时段下泄水量q(平均)时段内水库存水量变化 水库存 水库 水t(h) 水流量 入库流量 库水量 Q Q(平均) Q(平均)△t （万m3） 水量V 位 Z （万m3） (m) （m3/s） 流量（m3/s） （m3/s） （m3/s） △t （万m3） △V （万m3） 1 0 1 2 3 4 5 6 7 2 35 196 524 727 1220 1390 1290 1190 3 4 5 35 6 7 8 9 10 360 1305 1340 1240 196 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 853 7 483 437 398 348 294 283 263 245 224 204 183 171 1 144 135 750 565 460 373 321 273 2 214 177 149 270 750 245 224 204 183 171 1 144 135 214 177 149 0 0 0 0 0 0 0

8. 对校核洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。

① 将洪水过程表中P=%的洪水过程线划分计算时段，初选时段

Δt=1h=3600填入下表第一栏，表中第二栏为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算的时段平均入库流量和时段入库水量分别填入第三栏和第四栏。泄流量的计算见第五，六，七栏。从表中第一，五栏可绘制下泄流量过程线。第一，十栏可绘制水位过程线。

② 为了枯水期能保证兴利部门的用水需求，当水位再次下降到调洪水位

时，又需要用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪水位不变。见第20时段q=f（V）的程序计算截图。

③ 绘制Q~t与q~t曲线，如图所示。最大下泄流量qmax=s发生在t=8h

时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即为所求的最大下泄流量。 ④ 推求校核调洪库容V校和设计洪水位Z校。qmax=对应的库容和水位分

别为万m3和，减去堰顶以下的库容万m3 即可得V校=万m3，Z校= m。

第2时段试算法程序计算截图

第时段试算法程序计算截图 校核洪水调节计算表 时间 入库洪水时段平均时段入库下泄流量 时段平均q（m3/s） 下泄流量时段下泄水量时段内水库存水量水库存 水库 t(h) 流量 入库流量 水量 Q Q(平均) Q(平均)△t （万m3） 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 50 296 680 1300 2000 2300 2100 1750 1465 1180 5 817 709 173 488 990 1650 2150 2200 1925 1465 856 763 594 774 792 693 3 4 5 50 296 173 18 1335 0 6 水量V 水位 （m3/s） q(平均)△t 变化 （万m3） Z △V (m) （m3/s） （m3/s） （万m3） （万m3） 7 8 9 10 530 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 606 9 477 440 414 385 351 320 286 257 240 226 212 513 427 368 303 233 219 240 226 212 282 233 219 0 0 某水库校核调洪计算表

三、 半图解法洪水调节计算（以设计洪水标准进行调洪演算为例子） 1. 计算并绘制q~Vq辅助线。计算时段取t1h。计算过程见下表。利用t2Vq2t表中第五，七栏的相应数值绘制的辅助线如图。 q~辅助曲线计算表

q=f(V/Δt+q/2)辅助曲线计算表 堰顶以上水库水总库容V库容（万位Z（m） （万m3） m3） V/Δt(m3/s) q(m3/s) q/2(m3/s) V/Δt+q/2 (m3/s)

2. 调洪计算求q~t过程和库水位过程：由于作辅助线时t需取固定值，且

qf(Vq)是由蓄泄曲线q=f（V）转换而来的，故该法只适用于自由泄流2t（无闸或闸门全开）和t固定的情况。当有闸门控制泄流时，应按控制的流量调洪。所以对于第一时段Q库容×104m3。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪水位不变，即q=Q；可直接求出

（V1q1Vq= m3/s和= m3/s。从第二时段开始闸门全开，Q2= 196 ）（22）22tt3

3

Vi1qi1V2q23

m/s，Q3=524 m/s，q2=196 m/s，将= m/s代入 =（）t22t3

V3q3ViqiVq3qf()得，= m3/s。（）（）+Qqi，求得= m/s，由式q3222ttt同法依次类推，可求出其他时段的泄量。其成果如表第四，六栏所示。

3. 绘制Q~t与q~t过程线以及q~Z，过程线，求qmax。利用表中第一，二，四

栏数值，可绘出Q~t与q~t过程线。取Q~t与q~t两曲线的交点的纵坐标数值，作为

qmax=s，t=8h时。利用表中的库水位Z与泄流能力q，可绘制Z~q

关系曲线，如图所示。 半图解法调洪计算表（设计P=1%） 时间t(h) 入库流量Q 平均入库流V/Δt+q/2 量Q'(m3/s) (m3/s) q(m3/s) 水库水位Z（m） （m3/s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 35 196 524 727 1220 1390 1290 1190 853 7 483 437 398 348 294 283 263 245 224 204 183 171 1 144 135 360 1305 1340 1240 750 565 460 373 321 273 2 214 177 149 35 196 245 224 204 183 171 1 144 135 4. 推求设计调洪库容V设和设计洪水位Z设。qmax=对应的水位为 m，Z设=。

5. 按校核洪水标准进行调洪演算，其演算过程与设计洪水演算过程一致。 其成果如下。 最大下泄流量

qmax=s发生在t=7h时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即

为所求的最大下泄流量。qmax对应的水位分别为，Z校=532. m

半图解法调洪计算表（校核P=%） 时间t(h) 入库流量Q（m3/s) 50 296 680 1300 2000 2300 2100 1750 1180 5 817 709 606 9 477 440 414 385 351 320 286 257 240 226 212 平均入库V/Δt+q/2 流量(m3/s) Q'(m3/s) 173 488 990 1650 2150 2200 1925 1465 856 763 513 427 368 303 233 219 q(m3/s) 水库水位Z（m） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 50 296 240 226 212

四、 调洪计算成果表

频 率 项 目 列表试算法 最大泄量（m/s） 水库最高水位（m） 半图解法 最大泄量（m/s） 水库最高水位（m） 33设计洪水 校核洪水 3s s m/s s 五、总结

本次课程设计对我们的知识是一个全方位的考察，这个过程学到了很多东西，不仅是专业知识，电脑软件的应用也学到了很多，总之这次设计受益匪浅。